Устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от повреждений

Авторы патента:

Новожилов Тимофей Александрович (RU)

H02H7/04 - схемы защиты трансформаторов

Владельцы патента RU 2638299:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - расширение функциональных возможностей защиты за счет возможности предотвращения возникновения виткового замыкания из-за разрушения изоляции под воздействием вибрации в месте соприкосновения сместившихся витков. Устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от повреждений содержит измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности, которую размещают на равном расстоянии от каждого из стержней сердечника трансформатора, так чтобы ее продольная ось была параллельна стержням этого сердечника, и реагирующий орган. Дополнительно введен блок индикации повреждения, а реагирующий орган имеет два пороговых элемента, первый из которых при витковом замыкании формирует сигнал на отключение, а второй пороговый элемент с задержкой сигнала по времени формирует сигнал о смещении обмоток. Одновременно с этим сигналы с пороговых элементов подаются на блок индикации, который информирует персонал о характере повреждения обмоток трансформатора. Использование устройства позволяет сократить ущерб за счет своевременного отключения трансформатора от сети при возникновении витковых замыканий и смещений витков обмоток, которые приводят к возникновению витковых замыканий. 4 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для релейной защиты однофазного трансформатора от витковых замыканий и смещения обмоток.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от повреждений, содержащее измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности, которую размещают на равном расстоянии от каждого из стержней сердечника трансформатора, так чтобы ее продольная ось была параллельна стержням этого сердечника, и реагирующий орган [Патент РФ №2549354, опубл. 27.04.2015].

Однако реагирующий орган этого устройства имеет только один пороговый элемент с фиксированным порогом срабатывания. Что не позволяет выявить смещений обмоток трансформатора, которые возникают под воздействием электромагнитных сил на обмотки при токах короткого замыкания за трансформатором. В результате дальнейшая эксплуатация трансформатора достаточно быстро приводит к витковому замыканию из-за разрушения изоляции под воздействием вибрации в месте соприкосновения сместившихся витков.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей защиты за счет возможности предотвращения возникновения виткового замыкания из-за разрушения изоляции под воздействием вибрации в месте соприкосновения сместившихся витков.

Поставленная задача решается за счет того, что дополнительно введен блок индикации повреждения, а реагирующий орган имеет два пороговых элемента, первый из которых при витковом замыкании формирует сигнал на отключение, а второй пороговый элемент с задержкой сигнала по времени формирует сигнал о смещении обмоток, при этом сигналы с пороговых элементов подаются на блок индикации, который информирует персонал о характере повреждения обмоток трансформатора.

Работа устройства защиты однофазного трансформатора от повреждения обмоток основана на измерении величины разности магнитных потоков рассеяния от двух абсолютно одинаковых обмоток однофазного трансформатора, расположенных на левом и правом стержнях сердечника трансформатора. Для этого измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности помещают между ними на равном расстоянии. В результате в любом нормальном режиме работы трансформатора индуцированная в нем магнитными полями рассеяния этих обмоток электродвижущая сила будет равна нулю. Если в результате короткого замыкания за трансформатором одной из обмоток возникнет смещение витков, то в измерительном преобразователе появится электродвижущая сила, которая зависит от числа и величины смещения замкнувшихся витков. В связи с тем, что после смещения витков обмоток витковое замыкание из-за трения в месте их соприкосновения возникает не сразу, а в течение некоторого времени появляется возможность уменьшить порог срабатывания реагирующего элемента, а от броска тока намагничивания или короткого замыкания за трансформатором отстроится с помощью задержки сигнала о повреждении трансформатора.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается числом и исполнением функциональных элементов. Эти функциональные элементы известны. Однако такое их число и исполнение проявляет в заявляемом техническом решении новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей защиты за счет возможности предотвращения возникновения виткового замыкания из-за разрушения изоляции в месте соприкосновения сместившихся при эксплуатации трансформаторов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства защиты однофазного трансформатора от повреждения обмоток, а на фиг. 2 показано взаимное размещение элементов конструкции трансформатора и измерительного преобразователя, а также пример смещения высоковольтной обмотки после короткого замыкания за трансформатором и расположения замкнувшихся витков. На фиг. 3 и фиг. 4 приведены схема соединения измерительного преобразователя и пороговых элементов, а также контактная реализация реагирующего органа и блока индикации.

Измерительный преобразователь 1 в виде катушки индуктивности расположен на равном расстоянии от одинаковых обмоток 2 и 3, расположенных на разных стержнях сердечника трансформатора 4. Таким образом, если трансформатор не поврежден, то по одинаковому числу витков в обмотках 2 и 3 будут протекать одинаковые токи, а индуктированная в измерительном преобразователе 1 электродвижущая сила Е_ип будет равна нулю. Но из-за неточного изготовления обмоток 2 и 3, а также неточной установки измерительного преобразователя Е_ип будет равна электродвижущей силе небаланса Е_ип,нб, которая в произвольном режиме пропорциональна токам в обмотках 2 и 3. Следует добавить, что замкнувшиеся 5 и смещенные витки 6 в обмотке 2 поврежденного трансформатора на фиг. 2 закрашены черным и серым цветами соответственно.

Обмотка индукционного преобразователя 1 присоединена к входам первого 7 и второго 8 пороговых элементов, которые могут выполняться в виде реле с обмотками 9 и 10, а также контактами 11 и 12. Порог срабатывания этих реле устанавливается с помощью резисторов 13 и 14. Порог срабатывания первого порогового элемента выбирается таким, чтобы его реле не срабатывало от электродвижущей силы Е_ип,пэ1, возникающей при бросках тока намагничивания во время включения трансформатора в сеть и сверхтоков при трехфазном замыкании за трансформатором. Порог срабатывания второго порогового элемента должен быть таким, чтобы его реле не срабатывало от электродвижущей силы Е_ип,пэ2 возникающей в любых эксплуатационных режимах, за исключением режима включения трансформатора в сеть и при трехфазном замыкании за трансформатором. Время задержки сигнала t_пер в блоке 22 должно превышать время переходного процесса, возникающего при включении трансформатора в сеть и при трехфазном замыкании за трансформатором.

Формирование сигнала с первого 7 порогового элемента о наличии замкнувшихся 5 витков в обмотке 2 осуществляется с помощью промежуточного реле с обмоткой 15 и контактами 16, 17. С помощью контакта 16 промежуточное реле удерживается в сработанном состоянии, а с помощью контакта 17 подается сигнал на светодиод 18 блока индикации 19. Возврат промежуточного реле в исходное положение осуществляется с помощью кнопки 20. Ток в светодиоде 18 ограничивается резистором 21.

Формирование сигнала со второго 8 порогового элемента о наличии смещенных витков 6 в обмотке 2 осуществляется с помощью блока 22 задержки сигнала, выполненного в виде реле времени с обмоткой 23 и контактом 24, а также промежуточного реле с обмоткой 25 и контактом 26. Это промежуточное реле удерживается в сработанном состоянии контактом 26, а с помощью контакта 27 подает сигнал на светодиод 28 блока индикации 19. Возврат этого промежуточного реле в исходное положение осуществляется с помощью кнопки 29. Ток в светодиоде 28 ограничивается резистором 30.

В произвольном эксплуатационном режиме работы неповрежденного однофазного трансформатора электродвижущая сила измерительного преобразователя 1 меньше электродвижущей силы Е_ип,пэ1. Поэтому первый пороговый элемент 7 не срабатывает. Контакты 11 реле с обмоткой 9 остаются разомкнутыми и формирования сигнала о наличии замкнувшихся витков 5 не происходит.

Реле с обмоткой 10 второго порогового элемента 8 в этих режимах срабатывает только при бросках тока намагничивания или сверхтоках при трехфазном замыкании за трансформатором. При этом его контакты 12 запускают реле времени с обмоткой 23 и его контакты 24 замкнутся только через время t_пер. Так как время переходного процесса меньше t_пер, то контакты 24 реле с обмоткой 23 остаются разомкнутыми и формирование сигнала о наличии смещения витков 6 его происходит.

При возникновении замкнувшихся витков электродвижущая сила на выходе измерительного преобразователя резко возрастает и если ее величина превысит порог срабатывания Е_ип,пэ1, то реле с обмоткой 9 сработает, его контакты 11 замкнутся. Это вызывает срабатывание промежуточного реле с обмоткой 15 и замыкание контактов 16 и 17. При этом контакты 16 удерживают реле в сработанном состоянии даже после размыкания контактов 11 при отключении трансформатора от сети, а контакт 17 формирует сигнал на отключение трансформатора и в блок индикации 19. Светодиод 18 начинает светиться, сигнализируя о повреждении «витковое замыкание».

При смещении витков, например, в обмотке 2 электродвижущая сила на выходе измерительного преобразователя также возрастает, и если ее величина превысит порог срабатывания Е_ип,пэ2, то реле с обмоткой 10 сработает, его контакты 12 замкнутся и вызовут срабатывание реле времени с обмоткой 23. Однако его контакты 24 замкнутся только через время t_пер. Что дает возможность отстроить устройство защиты от срабатывания в режиме включения трансформатора в сеть. Замыкание контактов 24 вызывает срабатывание промежуточного реле с обмоткой 25 и замыкание контактов 26 и 27. При этом контакты 26 удерживает реле в сработанном состоянии даже после размыкания контактов 24 при отключении трансформатора от сети, а контакт 27 включает, например, звуковой сигнал и сигнал для блока индикации 19. Светодиод 28 начинает светиться, сигнализируя о повреждении «смещение витков».

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в сокращении ущерба за счет своевременного отключения трансформатора от сети при возникновении витковых замыканий и смещений витков обмоток, которые приводят к возникновению витковых замыканий.

Устройство защиты обмоток однофазного трансформатора от повреждений, содержащее измерительный преобразователь в виде катушки индуктивности, которую размещают на равном расстоянии от каждого из стержней сердечника трансформатора, так чтобы ее продольная ось была параллельна стержням этого сердечника, и реагирующий орган, отличающееся тем, что дополнительно введен блок индикации повреждения, а реагирующий орган имеет два пороговых элемента, первый из которых при витковом замыкании формирует сигнал на отключение, а второй пороговый элемент с задержкой сигнала по времени формирует сигнал о смещении обмоток, одновременно с этим сигналы с пороговых элементов подаются на блок индикации, который информирует персонал о характере повреждения обмоток трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проведения диагностики силовых масляных трансформаторов. Технический результат состоит в повышении точности и достоверности диагностики.

Устройство для защиты от обрывов вторичных цепей трансформаторов тока // 2621706

Изобретение относится к области релейной защиты элементов электроснабжения и может быть использовано в тех случаях, когда в силовых цепях переменного тока используют трансформаторы тока с двумя вторичными обмотками.

Устройство защиты печного трансформатора // 2618216

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано в качестве устройства защиты печного трансформатора от коротких замыканий.

Способ релейной защиты трансформатора // 2617714

Изобретение относится к области электроэнергетики и направлено на построение универсальной защиты трансформатора, использующей имеющуюся информацию в максимально полном объекте.

Устройство для мониторинга силовых трансформаторов // 2615790

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для мониторинга основных рабочих параметров и технического состояния силовых трансформаторов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов печь-ковш в процессе их эксплуатации в режиме реального времени.

Способ дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы со статическим преобразователем частоты // 2598903

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и чувствительности защиты.

Устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора // 2593380

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов. Техническим эффектом предлагаемого устройства является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, повышение чувствительности дифференциальной защиты по току срабатывания ниже 0,3Iном.

Способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора // 2589716

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов. Техническим результатом предлагаемого способа является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая в переходном процессе не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, а также значительное повышение чувствительности дифференциальной защиты силового трансформатора.

Способ управления преобразователем // 2570894

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. Технический результат - обеспечение компенсации нежелательного насыщения трансформатора преобразователя в течение короткого времени.

Устройство защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках // 2549354

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты трансформаторов от замыканий в обмотках. Технический результат - повышение надежности и чувствительности устройства защиты однофазного трансформатора от замыканий в обмотках.

Устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора // 2639314

Использование: в области электротехники. Технический результат - предотвращение ущерба от невосстанавливаемого повреждения автотрансформатора вследствие длительного протекания через автотрансформатор тока короткого замыкания, возникшего на стороне низшего напряжения и в условиях отказа в срабатывании основной или резервной релейной защиты автотрансформатора. Устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора содержит измерительный орган - реле тока, вход которого подключен к трансформатору тока, трансформатор тока включен в общие части обмоток высокого и среднего напряжения фаз автотрансформатора, а выходами измерительный орган - реле тока последовательно соединен с органом выдержки времени и исполнительным органом, выходы которого соединены со схемами управления выключателей автотрансформатора на сторонах высокого, среднего и низшего напряжения. В случае, когда требуется повышенная селективность, в устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора введены второй измерительный орган, который выполнен в виде реле минимального напряжения, и логический элемент «И» с двумя входами, причем вход второго измерительного органа подключен к трансформатору напряжения на стороне низшего напряжения автотрансформатора, а выход соединен с одним из входов введенного логического элемента защиты «И», другой вход которого соединен с выходом первого измерительного органа - реле тока, при этом выход логического элемента «И» соединен с входом органа выдержки времени. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора // 2639314

Катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока // 2643160

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), и предназначено для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем. Катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является проводником, по которому проходит измеряемый ток. Катушка ДИПТ содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой плотно соединены одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку изолятора ввода. N одинаковых секционных круговых соленоидов имеют однослойные обмотки. Обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) соединительных муфт выполнены из жесткого изоляционного материала и прикреплены к несущему тороиду. Каждая из соединительных муфт снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты - с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида. Секционные муфты равномерно распределены вдоль осевой линии несущего соленоида. Обратный провод проходит внутри катушки через сквозные цилиндрические каналы соединительных муфт в направлении, обратном по отношению к продольной осевой линии катушки. Начало обратного провода подключено к концу обмотки n–го соленоида. Начало обмотки первого соленоида и конец обратного провода соединены с зажимами катушки. Технический результат состоит в снижении стоимости ДИПТ путем упрощения технологии изготовления и монтажа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ релейной защиты трансформатора // 2643779

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение точности разграничения режимов повреждения трансформатора и альтернативных им режимов. Согласно способу релейной защиты трансформатора осуществляют наблюдение токов и напряжений на зажимах его обмоток, преобразование наблюдаемых величин в двумерные сигналы, обучение релейной защиты от первой имитационной модели трансформатора, воспроизводящей режимы короткого замыкания в его обмотках, от второй имитационной модели, воспроизводящей режимы насыщения магнитопровода трансформатора, и от третьей имитационной модели, воспроизводящей режимы внешней сети, раздельного отображения множеств режимов первой, второй и третьей имитационных моделей в виде соответственно первой, второй и третьей областей на плоскостях двумерных сигналов. Производят срабатывание прошедшей обучение защиты наблюдаемого трансформатора, если по меньшей мере один замер отображается в соответствующей первой области, но при этом не каждый двумерный сигнал отображается в соответствующей второй или третьей области, и при формировании двумерных сигналов используют напряжения намагничивания обмоток, которые в свою очередь формируют в передающих моделях обмоток, где преобразуют ток и напряжение на зажимах каждой обмотки в соответствующее напряжение намагничивания. 1 з.п. ф-лы, 24 ил.